Гильотина для резки металла: усилие реза и усилитель MPT

Краткий ответ: усилие реза листа на гильотине оценивают по формуле F = 0,7 × t × L × σв, где t — толщина, L — длина линии реза, σв — предел прочности металла. Стальной лист 2 мм (σв = 400 МПа) при длине реза 250 мм требует около 140 кН (≈ 14 270 кгс).

Чем гильотина отличается от пробивки отверстия?

Мы уже разбирали пробивку отверстий и штамповку малых деталей. У гильотины задача другая: нож режет лист по прямой линии от края до края, и длина реза здесь ограничена шириной ножа, а не диаметром пуансона. Поэтому усилие растёт и от толщины, и от длины. Лист 2 мм при длине реза 250 мм и лист 1 мм при длине реза 500 мм дают одно и то же усилие.

Про пресс-ножницы на обычных цилиндрах без усилителя у нас есть отдельный расчёт: пресс-ножницы, усилие реза и вырубки. Здесь разбираем другой путь: когда обычного цилиндра не хватает, усилие даёт газогидравлический усилитель.

Как посчитать усилие реза по толщине листа и длине ножа?

Справочная оценка: F = 0,7 × t × L × σв. Коэффициент 0,7 переводит предел прочности в сопротивление срезу. Результат в ньютонах, если t и L в миллиметрах, а σв в МПа. Килограммы-силы получают делением на 9,81, тонны-силы — ещё на 1 000.

1. Длина реза. Это длина линии, по которой нож проходит лист, для параллельного ножа — ширина реза целиком.
2. Предел прочности σв. Берите из сертификата на металл. В примерах принято 400 МПа для малоуглеродистой стали — это допущение. Для нержавеющей стали и алюминия значения другие, цифр без источника мы не приводим.
3. Угол наклона ножа. Наклонный нож в каждый момент режет только часть длины, поэтому усилие у него ниже, чем у параллельного. Числом снижение не обещаем: оно зависит от угла, зазора и состояния ножей. Формулу применяйте как верхнюю оценку.
4. Зазор между ножами. Обычно он составляет 5–40 % толщины листа и зависит от металла. Он влияет на заусенец и на потребляемую мощность.

Металл разрушается не сразу: по справочнику лист ломается, когда нож прошёл 15–60 % толщины, остальное доламывается. Поэтому хода самого ножа внутрь листа нужно немного.

Какое усилие нужно для разных толщин и длин реза?

Таблица посчитана по формуле для стали с σв = 400 МПа и параллельного ножа (худший случай). Столбец «Усилитель» — наименьшее исполнение, при котором давление за регулятором не выше 5 кгс/см² (около 0,5 МПа). Это наше правило отбора: оно оставляет запас на затупление ножей и разброс металла. Коэффициенты усиления взяты из таблицы усилий SNS для быстрого типа MPTF; для MPT это оценка, отдельной таблицы усилий MPT в проверенных источниках нет.

листайте таблицу вбок →

Лист 3 мм × 250 мм можно резать и на Ø125 20T, но при 6,1 кгс/см² (0,60 МПа) запаса почти нет. Все давления в таблице укладываются в рабочий диапазон наших серий 0,2–0,8 МПа. Усилия при давлении выше 0,7 МПа мы не приводим: таблица SNS доведена до 7 кгс/см².

Как подобрать усилитель на реальном артикуле?

Исходные данные: лист стали 2 мм (σв = 400 МПа, допущение), длина реза 250 мм, сеть 10 бар.

1. Усилие. F = 0,7 × 2 × 250 × 400 = 140 000 Н ≈ 14 270 кгс.
2. Исполнение. Ø125 15T даёт при 7 кгс/см² 17 900 кгс, то есть запас только 25 %, а давление за регулятором выходит около 5,6 кгс/см². Берём Ø125 исполнения 20T: K = 3 500, при 7 кгс/см² до 24 500 кгс, запас около 72 %. Исполнение 25T у Ø150 есть в каталоге цен WAALPC, но таблицы усилий для него в проверенных источниках нет.
3. Давление. p = 14 271 / 3 500 ≈ 4,1 кгс/см² ≈ 0,40 МПа.
4. Ход. Ход усиления у MPT в каталоге цен WAALPC задан диапазоном 5–20 мм. Для параллельного ножа достаточно 5 мм: по справочнику лист ломается, когда нож прошёл 15–60 % толщины, то есть для 2 мм это 0,3–1,2 мм. Для наклонного ножа ход растёт: путь ножа равен проникновению плюс L × tg α. Пример: при угле 2° (взят для примера) и длине 250 мм получаем 8,7 мм плюс до 1,2 мм, то есть около 10 мм, и ход усиления 10–20 мм это перекрывает. Остальной путь до полного хода цилиндр проходит на подводе.
5. Артикул. MPT-125-1~100, 707 520 ₸. Эта цена указана для исполнения 15T; исполнение 20T в артикуле не кодируется и стоит дороже: назовите его при заказе.

Если листы разной толщины и ход приходится перенастраивать, смотрите MPTD с регулируемым полным ходом, от 357 900 ₸. Если резов много и важен цикл, посмотрите быстрый тип MPTF, от 442 200 ₸: его отличия от MPT описаны в статье про MPTF и MPT.

Чем прижать лист и как поставить нож?

Перед резом лист должен лежать неподвижно: без прижима лист под ножом смещается и перекашивается, а рез идёт с перекосом. По справочнику прижим сверху ещё и уменьшает зону грубого излома на кромке. Прижим делают отдельным цилиндром с ходом, перекрывающим толщину листа, и включают раньше резательного хода. Для такой роли подходит SI, от 17 700 ₸, например SI-63-250-PPV, 47 400 ₸. Его рабочее давление мы указываем «до 0,8 МПа по каталогу завода».

Зазор между ножами задаёт паспорт ножей и толщина листа, а не пневматика. От зазора зависят заусенец на кромке и нагрузка на привод.

Что поставить рядом с усилителем в пневмолинии?

Усилие задаёт давление, поэтому перед усилителем нужен регулятор с манометром: ARG, от 20 520 ₸. Подвод и возврат ведёт однокатушечный распределитель 5/2 4V210, от 4 920 ₸. Узел усиления включает отдельный нормально закрытый 3/2 3V, от 3 600 ₸, только после касания листа ножом: короткий ход усиления не должен уйти в пустоту. Скорость подвода и возврата настраивают дросселями AS, от 1 080 ₸; шум сброса убирает глушитель PSL, от 180 ₸.

Полный состав схемы и порядок цикла разобраны в статье про схему управления пневмогидравлического пресса. Откуда берутся тонны — в статье про пневмогидравлический цилиндр.

Где заканчиваются возможности усилителя и когда нужны гидравлические ножницы?

Усилитель Ø125 20T при 7 кгс/см² даёт около 24,5 тс: лист 3 мм × 250 мм (21,4 тс) он режет почти без запаса. Лист 2 мм × 500 мм (28,5 тс) уже требует Ø160 40T. Лист 3 мм × 500 мм даёт 42,8 тс, это больше номинала 40T: по таблице SNS Ø160 40T выдаёт столько только около 6,6 кгс/см² (0,65 МПа), запаса на затупление ножей не остаётся. Тут могут помочь наклонный нож или резка по частям, но тогда считайте режим по испытанию на вашем ноже, а не по формуле. Для толстого листа по всей ширине обычно берут гидравлические ножницы: у них нет короткого хода усиления, ход ножа задаёт гидроцилиндр.

Типичные ошибки

• Берут σв «из головы». Усилие пропорционально σв. Для нержавейки и алюминия нужны свои значения из сертификата.
• Считают на наклонный нож по формуле параллельного. Это завышает усилие, но завысить безопаснее, чем занизить.
• Включают усиление до касания листа. Ход усиления короткий и тратится впустую.
• Не ставят прижим. Лист смещается под ножом, рез идёт с перекосом.
• Подают сеть 10 бар напрямую. Рабочий предел наших серий 0,8 МПа, регулятор обязателен.

Гильотина режет пальцы так же легко, как лист. Пуск двумя кнопками и ограждение зоны реза обязательны, подача листа в зону ножа должна быть закрыта. Безопасные зазоры против раздавливания частей тела задаёт ISO 13854:2017; оценку рисков для вашей машины проводят отдельно, эта статья её не заменяет.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и усилители;
• Регуляторы давления AR;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор расхода воздуха.

Частые вопросы

Как посчитать усилие реза гильотиной?

По формуле F = 0,7 × t × L × σв: толщина, длина реза и предел прочности металла. Для наклонного ножа это верхняя оценка.

Можно ли сделать гильотину по металлу на пневмоцилиндре?

Для тонкого листа и короткого реза можно: обычный цилиндр Ø125 при 0,6 МПа даёт около 7,4 кН. Лист 2 мм × 250 мм требует около 140 кН, поэтому ставят пневмогидравлический усилитель.

Какой усилитель нужен для листа 2 мм и длины реза 250 мм?

При σв = 400 МПа нужно около 140 кН. Подойдёт MPT Ø125 исполнения 20T при давлении около 0,40 МПа.

Чем гильотина на усилителе отличается от гидравлических ножниц?

Усилитель работает от сети сжатого воздуха и даёт усилие на коротком ходе 5–20 мм, этого хватает на тонкий и средний лист. Для толстого листа по всей ширине берут гидравлические ножницы.

Нужен ли прижим листа?

Да. Без прижима лист смещается под ножом, а кромка получается грубее.

Что с нержавеющей сталью и алюминием?

Формула та же, но значение σв другое. Берите его из сертификата на металл: мы не приводим цифр без источника.